Leiterplattentechnisch - Über die Platzierung von PCB fortschrittlichen Verpackungsgeräten

Im Folgenden finden Sie eine Einführung in die schnelle Platzierung von fortschrittlichen Verpackungsgeräten auf Leiterplatten

Gerade in den Bereichen Automotive, Telekommunikation und Computer-Anwendungen gewinnt die Oberflächenverpackung immer mehr an Bedeutung. Produktivität steht im Fokus der Diskussion. Die Stiftneigung ist kleiner als 0.4mm, die 0.5mm ist. Das Hauptproblem von Fine Pitch QFP und TSOP Paketen ist die geringe Produktivität. Da die Pitch des Area-Array-Pakets jedoch nicht sehr klein ist (zum Beispiel ist der Flip-Chip weniger als 200 μm), ist die dmp-Rate nach dem Reflow-Löten mindestens 10-mal besser als die traditionelle Fine-Pitch-Technologie. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Montagegenauigkeit im Vergleich zu den QFP- und TSOP-Paketen gleicher Steigung angesichts der automatischen Ausrichtung beim Reflow-Löten deutlich geringer.

Ein weiterer Vorteil, insbesondere der Flip-Chip, ist der Footprint der Leiterplatte stark reduziert. Das Oberflächenarray-Paket kann auch eine bessere Schaltungsleistung bieten.

Daher entwickelt sich die Industrie auch in Richtung Oberflächenarray-Verpackungen. μBGA mit einer minimalen Tonhöhe von 0,5mm und Chip-Scale-Paket (CSP) ziehen ständig die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich. Mindestens zwanzig multinationale Unternehmen arbeiten daran. Erforschung einer Reihe von Verpackungsstrukturen. In den nächsten Jahren wird erwartet, dass der Verbrauch von blanken Chips jährlich um 20% ansteigen wird. Die am schnellsten wachsende Rate werden Flip-Chip-Chips sein, gefolgt von blanken Chips, die in COB (Direct Mounting on Board) verwendet werden.

Es wird geschätzt, dass der Verbrauch von Flip-Chip-Chips Ende dieses Jahrhunderts von 500 Millionen in 1996 auf 2,5 Milliarden steigen wird, während der Verbrauch von TAB/TCP stagnierte oder sogar ein negatives Wachstum zeigte. Erwartungsgemäß waren es nur etwa 700 Millionen in 1995.

Montagemethode für Leiterplatten

Die Montageanforderungen sind unterschiedlich, und auch die Montagemethode (Prinzip) ist unterschiedlich. Diese Anforderungen umfassen die Pick-and-Place-Fähigkeit der Bauteile, die Platzierungsstärke, die Platzierungsgenauigkeit, die Platzierungsgeschwindigkeit und die Fließfähigkeit des Flusses. Bei der Betrachtung der Platzierungsgeschwindigkeit ist eines der wichtigsten Merkmale, die zu berücksichtigen sind, die Platzierungsgenauigkeit.

Pick and place

Je weniger Bestückungsköpfe der Bestückungsgeräte vorhanden sind, desto höher ist die Bestückungsgenauigkeit. Die Genauigkeit der Positionierachsen x, y und θ beeinflusst die Gesamtplatzierungsgenauigkeit. Der Bestückungskopf wird auf dem Trägerrahmen der xy-Ebene der Bestückungsmaschine montiert. Der wichtigste Teil des Platzierungskopfes ist die Rotationsachse, aber ignorieren Sie nicht die Bewegungsgenauigkeit der z-Achse. Im Hochleistungsplatzierungssystem wird die Bewegung der z-Achse durch einen Mikroprozessor gesteuert, der vertikale Bewegungsabstand und die Platzierungskraft werden durch Sensoren gesteuert.

Einer der Hauptvorteile der Platzierung besteht darin, dass sich der Präzisionsplatzierungskopf frei in der x- und y-Ebene bewegen kann, einschließlich der Entnahme von Materialien von der Waffelscheibe und der Durchführung mehrerer Messungen am Gerät auf einer festen nach oben gerichteten Kamera.

Das fortschrittlichste Platzierungssystem kann 4-Sigma- und 20μm-Genauigkeit auf der x- und y-Achse erreichen. Der Hauptnachteil ist, dass die Platzierungsgeschwindigkeit niedrig ist, in der Regel weniger als 2000 cph, was keine anderen Hilfsaktionen, wie Flip-Chip-Beschichtungsfluss beinhaltet. Warte.

Das einfache Bestückungssystem mit nur einem Bestückkopf wird bald entfallen und durch ein flexibles System ersetzt. In einem solchen System ist der Tragrahmen mit einem hochpräzisen Platzierungskopf und einem Revolverheld ausgestattet, der großformatige BGA- und QFP-Pakete montieren kann. Der rotierende (oder Shooter) Kopf kann unregelmäßig geformte Geräte, Fine-Pitch Flip-Chip Chips und μBGA/CSP Chips mit Pin Pitch bis 0,5mm verarbeiten. Diese Platzierungsmethode wird als "Sammeln, Picken und Platzieren" bezeichnet.

Hochleistungs-SMD-Bestückungsgeräte mit Flip-Chip-Spinköpfen sind auf dem Markt erschienen. Es kann Flip-Chips und μBGA und CSP Chips mit einem Kugelgitterdurchmesser von 125μm und einer Stiftneigung von ca. 200μm bei hoher Geschwindigkeit montieren. Die Platzierungsgeschwindigkeit der Ausrüstung mit Sammel-, Kommissionier- und Platzierungsfunktionen beträgt ca. 5000cph.

Traditionelle Waffelschnüffeln

Ein solches System hat einen rotierenden Kopf, der sich horizontal dreht, während Komponenten aus einem beweglichen Zuführgerät aufgenommen und an der beweglichen Leiterplatte befestigt werden. Theoretisch kann die Platzierungsgeschwindigkeit des Systems 40.000cph erreichen, hat aber folgende Einschränkungen:

Wafer Picking darf die Rasterplatte, auf der das Gerät platziert ist, nicht überschreiten;

Die federangetriebene Vakuumdüse erlaubt keine Arbeitszeitoptimierung während der Bewegung der z-Achse oder kann die Matrize nicht zuverlässig vom Förderband aufnehmen;

Für die meisten Oberflächenarray-Pakete kann die Platzierungsgenauigkeit die Anforderungen nicht erfüllen, und der typische Wert ist höher als 10μm bei 4sigma;

Kann die Anwendung des Lötflusses für Mikro-Flip-Chip nicht realisieren.

Sammlung und Platzierung

Beim Sniffersystem "collect and place" sind beide rotierenden Köpfe auf dem x-y Tragrahmen montiert. Dann ist der Drehkopf mit 6 oder 12 Saugdüsen ausgestattet, die jede Position auf der Gitterplatte berühren können. Für Standard-SMD-Chips kann dieses System eine Platzierungsgenauigkeit von 80μm und eine Platzierungsgeschwindigkeit von 20.000pch bei 4sigma (einschließlich Theta-Abweichung) erreichen. Durch Ändern der Positionierungsmechanismen des Systems und des Suchalgorithmus des Kugelgitters kann das System für das Oberflächenarray-Paket eine Platzierungsgenauigkeit von 60μm bis 80μm und eine Platzierungsgeschwindigkeit höher als 10.000pch unter 4sigma erreichen.

Platzierungsgenauigkeit

Um ein umfassendes Verständnis der verschiedenen Platzierungsgeräte zu haben, müssen Sie die Hauptfaktoren kennen, die die Platzierungsgenauigkeit des Area Array Pakets beeinflussen. Die Genauigkeit der Platzierung des Kugelgitters P\/\/ACC\/\/ hängt von der Art der Kugelgitterlegierung, der Anzahl der Kugelgitter und dem Gewicht des Pakets ab.

Diese drei Faktoren hängen miteinander zusammen. Im Vergleich zu ICs in QFP- und SOP-Paketen mit gleicher Steigung haben die meisten Oberflächenarray-Pakete geringere Anforderungen an die Montagegenauigkeit. Anmerkung: Gleichung einfügen

Bei runden Pads ohne Lötmaske ist die maximal zulässige Montageabweichung gleich dem Radius des PCB Pads. Wenn der Montagefehler den Radius des PCB-Pads überschreitet, gibt es immer noch mechanischen Kontakt zwischen dem Kugelgitter und dem PCB-Pad. Unter der Annahme, dass der Durchmesser des üblichen PCB-Pads ungefähr gleich dem Durchmesser des Kugelgitters ist, ist die Platzierungsgenauigkeit der μBGA- und CSP-Pakete mit einem Kugelgitterdurchmesser von 0,3mm und einer Neigung von 0,5mm erforderlich, um 0,15mm zu sein; Wenn der Kugelgitterdurchmesser 100μm und die Neigung 175μm ist, ist die Genauigkeitsanforderung 50μm.

Bei Tape Ball Grid Array Packages (TBGA) und Heavy Ceramic Ball Grid Array Packages (CBGA) ist die Selbstausrichtung begrenzt, wenn sie auftritt. Daher sind die Präzisionsanforderungen an die Platzierung hoch.

Anwendung des Flusses

Der Ofen zum großflächigen Reflow-Löten von Flip-Chip-Kugelgittern benötigt Flussmittel. Heutzutage verfügt die leistungsstärkere SMD-Bestückungsanlage über eingebaute Flussmittelapplikationsgeräte, und die beiden allgemein verwendeten eingebauten Versorgungsmethoden sind Beschichtung und Tauchlöten.

Die Beschichtungseinheit ist in der Nähe des Bestückerkopfes installiert. Vor der Platzierung des Flip-Chips Flux auf die Platzierungsposition auftragen. Die in der Mitte der Montageposition aufgebrachte Dosis hängt von der Größe des Flip-Chips und den Benetzungseigenschaften des Lots auf das spezifische Material ab. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Flussmittelbeschichtungsfläche groß genug ist, um fehlende Pads durch Fehler zu vermeiden.

Um eine effektive Abfüllung in einem nicht reinigenden Prozess durchzuführen, muss das Flussmittel ein nicht reinigendes (rückstandsfreies) Material sein. Flüssiges Flussmittel enthält immer sehr wenig Feststoffe und eignet sich am besten für nicht reinigende Prozesse.

Aufgrund der Fließfähigkeit des flüssigen Flusses verursacht jedoch nach Flip-Chip-Platzierung die Bewegung des Platzierungssystem-Förderbandes die Trägheitsverschiebung des Chips. Es gibt zwei Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen:

Bevor die Leiterplatte übertragen wird, stellen Sie eine Wartezeit von mehreren Sekunden ein. Während dieser Zeit verdampft der Fluss um den Flip-Chip schnell, um die Haftung zu verbessern, aber dies verringert die Ausbeute.

Sie können die Beschleunigung und Verzögerung des Förderbandes an die Haftung des Flusses anpassen. Die reibungslose Bewegung des Förderbandes verursacht keine Waferverschiebung.

Der Hauptnachteil des Flussbeschichtungsverfahrens ist, dass sein Zyklus relativ lang ist. Für jedes zu beschichtende Gerät erhöht sich die Montagezeit um etwa 1,5s.

PCB-Tauchlötverfahren

In diesem Fall ist der Flussmittelträger ein rotierender Eimer, und eine Klinge wird verwendet, um ihn in eine Flussmittelfolie (ca. 50μm) zu kratzen. Dieses Verfahren eignet sich für hochviskose Flussmittel. Durch das Eintauchen des Lots auf den Boden des Kugelgitters kann der Lotverbrauch während des Herstellungsprozesses reduziert werden.